机械制造工艺学 第3版 课件 模块一 机械加工工艺规程+5工件的定位及定位基准的选择

机械制造工艺学机械制造工艺课程组任务模块一图1-1所示为一支架套零件，结构特点和技术要求如下：内孔尺寸精度分别为

mm和

mm，表面粗糙度Ra分别为0.10㎛和0.40㎛，因转动要求精度较高，所以两孔的圆度要求很高，均为0.0015mm，同轴度为0.002mm，

孔内安放滚针轴承的滚针及仪器主轴颈，同时该支架套的外圆和内孔均有台阶，并有径向孔需要加工。试制定该零件的机械加工工艺文件。工件的定位及定位基准的选择一、基准的概念及其分类基准（datum）用来确定生产对象（工件）上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面叫做基准。根据基准的作用不同，可分为两类：设计基准和工艺基准。1.设计基准在设计图样上所采用的基准为设计基准。图1-14

基准分析示例2.工艺基准在工艺过程中所使用的基准称为工艺基准。按其用途不同又可分为定位基准、测量基准、装配基准和工序基准。(1)工序基准

在工序图上，用以标注本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准，其所标注的加工面位置尺寸称为工序尺寸。图1-15工序基准及工序尺寸(2)定位基准

加工时，使工件在机床或夹具中占据一正确位置所用的基准称为定位基准。图1-14

基准分析示例定位基准除了是工件的实际表面外，也可以是表面的几何中心、对称线或对称面，但必须由相应的实际表面来体现。如内孔(或外圆)的中心线由内孔表面(外圆表面)来体现，V形架的对称面用其两斜面来体现。这些面通称为定位基面。(3)测量基准

工件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准称为测量基准。(4)装配基准

装配时，用以确定工件或部件在机器中位置所用的基准称为装配基准。二、工件定位的概念及定位方法1.定位的概念与定位要求定位(fixturing)

——使工件在机床或夹具上占有正确位置。夹紧(fastening)——对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变定位精度：通常是指一批工件的限定位置的分布范围。工件定位时的两点要求：1)为了保证加工表面与其设计基准间的相对位置精度(同轴度、平行度、垂直度等)，工件定位时应使加工表面的设计基准相对于机床占据一正确位置。图1-17一个工件的定位精度图1-18工件定位的正确位置示例2)为了保证加工表面与其设计基准间的距离尺寸精度，当采用调整法进行加工时，位于机床或夹具上的工件，相对于刀具必须有一确定的位置。获得通常有两种方法，即试切法和调整法。试切法是通过试切—测量加工尺寸—调整刀具位置—试切的反复过程来获得尺寸精度的。调整法是一种加工前按规定尺寸调整好刀具与工件相对位置及进给行程，从而保证在加工时自动获得所需尺寸的加工方法。图1-19获得距离尺寸精度的方法示例1—挡铁2、3、4—定位元件5—导向元件2.工件定位的方法工件在机床上定位有如下三种方法。(1)直接找正法

直接找正法是用百分表、划针或目测在机床上直接找正工件，使其获得正确位置的一种方法。(2)划线找正法

划线找正法是在机床上用划针按毛坯或半成品上所划的线找正工件，使其获得正确位置的一种方法。(3)夹具定位法

此法是用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的一种方法。图1-21划线找正法示例三、定位的基本原理自由度：

在空间直角坐标系中，工件可沿x、y、z轴有不同的位置,也可以绕x、y、z轴回转。六点定位原理：

用合理分布的六个支承点即可限制工件的六个自由度，这就是工件定位的基本原理，简称六点定位原理。（1）定位与夹紧的区别在机械加工中，定位与夹紧是两个不同的概念。定位是使工件在机床或夹具中占据一正确位置，而夹紧是使工件的这一正确位置在加工过程中保持不变。所以夹紧是不能代替定位的。也就是说，认为“工件被夹紧了，它的自由度也被限制了”这一概念是错误的。(2）限制工件的自由度与加工要求的关系工件应被限制的自由度与工件被加工面的位置要求存在对应关系。当被加工面只有一个方向的位置要求时，需要限制工件的三个自由度。当被加工工件有两个方向的位置要求时，需要限制工件的五个自由度。当被加工面有三个方向的位置要求时，需要限制工件的六个自由度。（3）应用六点定位原理时应注意的问题：1）正确的定位形式

2）防止产生欠定位

3）正确处理过定位完全定位与不完全定位工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。不完全定位主要有两种情况：

①工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。

②工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制3个自由度就够了。ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYX案例分析f）XZYa）b）BBB工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。

过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。

过定位分析ZXYZXYZXYZXY

工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。如图给出了平面定位的几种情况。ZXYZXY

定位方法与定位元件

18知识延伸工件以平面定位工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ工件以圆孔定位知识延伸工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。XYZXYZXYZXYZXYZ工件以外圆柱面定位知识延伸除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。如图为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的5个自由度。

工件以锥孔定位工件以其他表面定位知识延伸在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为1的表面为第三定位基准面或止动面。在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分清主次定位面很重要。如图所示工件在两顶尖上的定位，应首先确定前顶尖限制的自由度，他们是。然后再分析后顶尖限制的自由度。此时，应与前顶尖一起综合考虑，可以确定其限制的自由度是。定位表面的组合XZY

工件在两顶尖上定位知识延伸

过定位分析

过定位示例a）ZYXYc）ZYXY案例分析

过定位分析

过定位示例c）ZYXYb）ZYYX案例分析刀柄主轴拉杆涨套

过定位应用图2-21HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄传统刀柄1:107:24间隙主轴拉杆刀柄定位端面配合锥面案例分析

过定位讨论如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分析原因，提出改进意见。4A0.02A间隙配合刚性心轴过定位示例案例分析过定位引起夹紧变形案例分析橡胶垫

过定位处理分析案例分析

讨论分析图示定位方案：①各方案限制的自由度②有无欠定位或过定位③对不合理的定位方案提出改进意见。b）XZYXc）XZYXa）YXZ作业a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ作业b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX作业c）XZYXc’）XZYXc1）YXXZ作业四、定位基准选择定位基准有粗基准与精基准之分。在加工的起始工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作定位基准，则该表面称为粗基准。利用已经加工过的表面作定位基准，称为精基准。(一)粗基准的选择选择粗基准时，主要考虑两个问题:一

合理地分配各加工面的加工余量；二

保证加工面与不加工面之间的相互位置关系。具体选择时参考下列原则：1）为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选择不加工面做定位基准。如果工件上有多个不加工表面，则应以其中与加工面相互位置要求较高的表面作粗基准。图1-26粗基准的选择2)对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理地分配各表面的加工余量。在加工余量的分配上应该注意下列两点。①应保证各主要加工表面都有足够的余量。为满足这个要求，应选择毛坯余量最小的表面作粗基准，如图1-26c所示的阶梯轴，应选择ϕ55mm外圆表面作粗基准。图1-26粗基准的选择②对于工件上的某些重要表面(如导轨和重要孔等)，为了尽可能使其加工余量均匀，则应选择重要表面作粗基准。图1-27床身加工粗基准选择3)粗基准应避免重复使用。4)选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。(二)精基准的选择选择精基准时，重点是考虑如何减小工件的定位误差、保证工件的加工精度、同时也要考